方原柏
1 概述
在有色冶金火法生產(chǎn)過(guò)程中,含硫有色金屬精礦在冶煉過(guò)程中產(chǎn)生大量的含SO2的煙氣,為了保護(hù)環(huán)境及回收其中有用的SO2成分,煙氣制酸成為大多數(shù)有色冶金火法生產(chǎn)過(guò)程中最重要的輔助生產(chǎn)過(guò)程。相對(duì)來(lái)說(shuō),煙氣制酸裝置的特點(diǎn)是:設(shè)備數(shù)量多且較為分散;以溫度、壓力為主的工藝參數(shù)測(cè)點(diǎn)較多;PID 控制回路較少。以往除少數(shù)大型煙氣制酸裝置采用DCS控制系統(tǒng)外,大多數(shù)中小型煙氣制酸裝置采用常規(guī)儀表。
一個(gè)煙氣制酸裝置通常有80~150個(gè)模擬量檢測(cè)點(diǎn),常規(guī)儀表方案大約需要10臺(tái)單點(diǎn)或多點(diǎn)記錄儀,近百臺(tái)顯示儀,因而顯示儀表多、儀表盤(pán)占地面積大、儀表管線(xiàn)長(zhǎng)。DCS方案具有控制水平高、占地面積小等優(yōu)點(diǎn),但早期的DCS以及國(guó)外的DCS價(jià)格偏高,用戶(hù)往往接受不了。
為了提高煙氣制酸裝置的集中監(jiān)控水平而又不過(guò)多增加投資,由遠(yuǎn)程測(cè)控終端(RTU)組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或測(cè)控系統(tǒng)具有節(jié)省儀表管線(xiàn)、可集中管理、投資較省等優(yōu)點(diǎn),是中小型煙氣制酸裝置最佳自控方案之一。
2 采用RTU組成的測(cè)控系統(tǒng)
云銅股份公司Ⅰ系列煙氣制酸裝置1974年投產(chǎn),設(shè)計(jì)規(guī)模43kt/a。在進(jìn)行大修改造時(shí),儀表部分要求重新設(shè)計(jì),在設(shè)計(jì)方案討論時(shí),設(shè)計(jì)人員按用戶(hù)推薦的SPEC200組件組裝式儀表方案與采用遠(yuǎn)程測(cè)控終端(RTU)組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)方案進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較(見(jiàn)表1),顯然,采用RTU組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)時(shí)采用的遠(yuǎn)程測(cè)控終端是英國(guó)施倫伯杰(Schelumberger)公司IMP智能前端。
表1 控制方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較
項(xiàng)目 |
SPEC200 |
IMP數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) |
自控水平 |
模擬式單元組合儀表 |
計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) |
制造水平 |
引進(jìn)產(chǎn)品 |
進(jìn)口產(chǎn)品 |
操作方式 |
儀表盤(pán) |
CRT顯示器 |
儀表室面積 |
大 |
小 |
投資 |
高 |
低(約低40 %) |
管線(xiàn)材料 |
多 |
少 |
與管理信息系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng) |
難 |
易 |
IMP智能前端是一個(gè)軟硬件齊全的微處理器,它的外形是一個(gè)密封的鑄鋁扁平盒體(尺寸為433mm*215mm*35mm),它所完成的工作可由軟件進(jìn)行設(shè)定,如設(shè)置各通道的測(cè)量參數(shù)和測(cè)量范圍、設(shè)定熱電偶是否帶冷端溫度補(bǔ)償?shù)?。IMP智能前端的品種及功能見(jiàn)表2。
表2 IMP智能前端的品種及功能
型號(hào) |
名稱(chēng) |
通道數(shù) |
功能 |
33951A |
直流模擬量輸入 |
20 |
直流電流、直流電壓、熱電偶輸入,采用固態(tài)開(kāi)關(guān) |
33951C |
直流模擬量輸入 |
20 |
直流電流、直流電壓、熱電偶輸入,采用干簧開(kāi)關(guān) |
33951B |
電阻量輸入 |
10 |
直流電壓、電阻、Pt100、應(yīng)變量輸入,采用固態(tài)開(kāi)關(guān) |
33951D |
直流模擬量輸出 |
4 |
直流電流、直流電壓輸出 |
33952A |
開(kāi)關(guān)量輸入/輸出 |
20 |
輸入事件、狀態(tài)、頻率、周期、計(jì)數(shù),輸出邏輯“0”或邏輯“1” |
多塊IMP智能前端以并聯(lián)方式共享一根總長(zhǎng)可達(dá)1000m的雙芯雙絞屏蔽電纜(稱(chēng)之為S-網(wǎng)絡(luò)),再通過(guò)S-網(wǎng)絡(luò)適配器接入甲方自行配置的DCS的控制站,該系統(tǒng)為四川儀表總廠(chǎng)生產(chǎn)的FYZ-100小型DCS,本身帶有PID回路控制功能,如圖1所示。
圖1 云銅股份公司Ⅰ系列煙氣制酸控制系統(tǒng)組成示意圖
采用IMP遠(yuǎn)程測(cè)控終端的方案得到用戶(hù)的好評(píng),在該廠(chǎng)電爐等裝置上也得到了推廣使用。1999年云銅股份公司Ⅱ系列煙氣制酸裝置改造時(shí),再次采用了與Ⅰ系列相同的方案:測(cè)量參數(shù)通過(guò)多塊IMP智能前端接入升級(jí)后的FYZ-200 DCS。Ⅰ系列煙氣制酸裝置共采用了7塊IMP智能前端,其中直流模擬量輸入4塊,電阻量輸入1塊,直流模擬量輸出1塊,開(kāi)關(guān)量輸入/輸出1塊。Ⅱ系列煙氣制酸裝置共采用了8塊IMP智能前端,其中直流模擬量輸入6塊,電阻量輸入2塊。
3 采用RTU組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
云南馳宏鉛鋅股份公司新建煙氣制酸裝置設(shè)計(jì)規(guī)模40kt/a,設(shè)計(jì)選用了中國(guó)人民解放軍南京工程兵學(xué)院微機(jī)測(cè)控研究所生產(chǎn)的893-IDCB智能前端,其結(jié)構(gòu)與IMP相似,但功能更強(qiáng),價(jià)格更低。它采用了INTEL 8031單片微機(jī)及進(jìn)口大規(guī)模集成電路,其外形尺寸為455mm*230mm*60mm,重量約5kg,采用鋼殼密封,防塵防潮,較鋁殼抗干擾能力更強(qiáng)。其功能不僅有數(shù)據(jù)采集,還可以完成工程單位變換、越限報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、事件順序記錄、量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換、熱電偶冷端溫度補(bǔ)償、零點(diǎn)及增益校正、存貯濾波周期設(shè)定、硬件自檢、故障顯示、掉電保護(hù)和自復(fù)位等功能,從而大大減輕主機(jī)負(fù)擔(dān),提高了網(wǎng)絡(luò)的吞吐率。893-IDCB智能前端的品種和功能見(jiàn)表3。
表3 893-IDCB智能前端的品種和功能
由表3可見(jiàn),893-IDCB智能前端的品種比IMP多得多,各種智能前端的功能也強(qiáng)得多。如工頻交流量輸入智能前端可用于企業(yè)能源計(jì)量與信息管理系統(tǒng)的EI(電氣、儀表)一體化:智能調(diào)節(jié)器使893-IDCB智能前端構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可升級(jí)為帶PID回路控制功能的監(jiān)控系統(tǒng)。
本系統(tǒng)共有893-IDCB智能前端10塊,其中直流模擬量輸入5塊、電阻量輸入4塊、數(shù)字量輸入/輸出1塊,計(jì)算機(jī)為INTEL工控機(jī),顯示器2臺(tái),打印機(jī)2臺(tái)(見(jiàn)圖2)。由于未采用智能調(diào)節(jié)器,所以本系統(tǒng)仍為功能單一的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
圖2 馳宏鉛鋅股份公司煙氣制酸裝置控制系統(tǒng)組成示意圖
4 結(jié)語(yǔ)
本文介紹了采用遠(yuǎn)程測(cè)控終端(RTU)組成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的兩個(gè)實(shí)例,第一個(gè)例子中的RTU是作為DCS的遠(yuǎn)程I/O模塊使用,因該DCS本身不帶遠(yuǎn)程I/O模塊,該方法具有I/O采集成本低、使現(xiàn)場(chǎng)管線(xiàn)敷設(shè)量大大減少等優(yōu)點(diǎn)。第二個(gè)例子中的RTU作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集器,這是它的一種最基本的用法,通過(guò)對(duì)比表2、表3所列資料,也可以看出國(guó)產(chǎn)RTU的品種和功能已達(dá)到甚至超過(guò)國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的水平。